JP2001319831A - 可変容量コンデンサ及び位置指示器 - Google Patents
可変容量コンデンサ及び位置指示器Info
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Abstract
提供する。 【解決手段】 二つの端面を有する誘電体と、該誘電体
の一端面に配置された二つの電極板と、前記誘電体の他
の端面に配置された可撓性を有する可撓電極板と、該可
撓電極板と前記誘電体との間に存する相対的な圧力又は
変位を変化させる押圧部材とを有する可変容量コンデン
サであって、前記可撓電極板が導電粒子を多数混在させ
た材料あるいは蒸着フィルムからなることを特徴として
いる。また、前記押圧部材と前記可撓電極板との間にさ
らに弾性力を持つ材料からなる部材を設けたことを特徴
とする。さらに、上記可変容量コンデンサを回路素子の
一部とする同調回路を備えたことを特徴とする位置指示
器。
Description
ンサに関する。特に,コンピュータに座標を入力するの
に用いる座標入力装置の位置指示器に用いる可変容量コ
ンデンサに関する。
変容量コンデンサとしては,平成4年特許出願公開第0
96212号及び平成5年特許出願公開第275283
号が知られている。
明する。図8は,特開平4−96212に開示した位置
指示器(以下,「ハードタイプペン」と略す。)を描い
たものである。電子ペン筐体801は,共振回路を有す
る回路基板814を含む電子ペンの筐体である。電子ペ
ンは筆記具形状の位置指示器であり,座標入力装置と協
働して機能する。座標入力装置は図示を省略したが,平
板状のタブレットと呼ばれる入力面を有しており,縦横
に多数並設されたループコイルを持つ。電子ペンが有す
る共振回路は,タブレット側のループコイルと電磁気的
なやり取りをすることにより,電子ペンのタブレット上
で指し示す位置をタブレットに検出可能にする。
が設けられているが、その共振回路は,固定コンデンサ
813と可変容量コンデンサ(主に誘電体808,電極
809,蒸着フィルム816からなる。)とコイル80
3により構成される。このハードタイプペンに用いる可
変容量コンデンサを更に詳しく見ると,ピン811,電
極809,誘電体808,スペーサ807,蒸着フィル
ム816,シリコンゴム815,ピン812,芯ホルダ
804をスイッチケース上810とスイッチケース下8
05とではさんだ構造となっている。ピン811,ピン
812は,それぞれ電極809,蒸着フィルム816か
らの端子を導くための導線である。誘電体808は円筒
状のセラミックからなり,その片側の面には電極809
を(例えば焼付けして)設ける。もう一方の端にはスペ
ーサ807を介して蒸着フィルム816が第二の電極と
して設けられる。蒸着フィルム816が芯802,芯ホ
ルダ804,シリコンゴム815を介して押されると,
蒸着フィルム816と誘電体808の接触面積がだんだ
ん大きくなるので,その間の空気が追い出され,空気層
が誘電体として寄与する度合いが小さくなるので,可変
容量コンデンサとして機能する。そして,この可変容量
コンデンサとコンデンサ813との合成容量が連続的に
変化する結果,共振回路の共振周波数がずれる。それを
前述した座標入力装置側で検出することによりペン先
(芯802)がどれだけ押されたかを検出するようにな
っている。なお,ペン先の荷重に対して最終的な座標入
力装置側で検出される筆圧レベルを図11に示してあ
る。参考のためにハードタイプペンの仕様を示すと,コ
イルのフェライトコアがL6材と呼ばれる外径4ミリメ
ートル,内径2ミリメートルの円筒状のものを用いてお
り,長さが17,5ミリメートルである。フェライトコア
に巻いてある線材はULAP7/0.07のものを用い
平密着巻き37ターンとしている。コイルの電気特性は
インダクタンスL=26マイクロヘンリ,Q=145
(周波数500キロヘルツ)である。セラミックコンデ
ンサはチタン酸バリウム系の外径4ミリメートル厚み1
ミリメートルのものを用い,片面に電極を蒸着し,他の
面は鏡面研磨仕上げとしている。シリコンゴムは厚さ
0.4ミリメートル外形4ミリメートルである。スペー
サはユーピレックス40マイクロメートルを用い,外径
4ミリ,内径3.3ミリメートルのドーナツ状である。
蒸着フィルムはユーピレックス75マイクロメートルの
ものにニッケルクロムを1000オングストロームの厚
さで蒸着したものを用いた。
簡単に説明する。図7は,特開平5−275283に開
示した位置指示器(以下,「ソフトタイプペン」と略
す。)を描いたものである。ハードタイプペンを改良
し,より軽い荷重で反応するように開発されたものであ
る。ソフトタイプペンがハードタイプペンと異なるの
は,その可変容量コンデンサの部分であり、さらに詳し
く言うと、ハードタイプペンで蒸着フィルムとシリコン
ゴムとの組み合わせで構成した部分を導電ゴム(導電粒
子を混在させて形成した合成ゴム)に変えた点,スペー
サの厚さ,形状を変更した点,誘電体の端面でハードタ
イプペンでは鏡面仕上げした部分をヤスリ320番での
研磨仕上げにした(ハードタイプよりも荒くした)点で
ある。これにより図10に示す筆圧特性(筆圧レベル−
荷重特性)が得られた。このグラフを見ると図11で
は,50グラムの荷重で筆圧レベル30程度であるのに
対し、図10では50グラムの荷重で筆圧レベル55程
度が出力されている。したがって,より軽いタッチの電
子ペン(位置指示器)が実現できていることがわかる。
参考のためにソフトタイプペンの仕様を示すと,コイル
のフェライトコアがL6材と呼ばれる外径4ミリメート
ル,内径2ミリメートルの円筒状のものを用いており、
長さが17,5ミリメートルである。フェライトコアに
巻いてある線材はULAP7/0.07のものを用い平
密着巻き37ターンとしている。コイルの電気特性はイ
ンダクタンスL=26マイクロヘンリ,Q=145(周
波数500キロヘルツ)である(ここまではハードタイ
プペンと同じ)。セラミックコンデンサはチタン酸バリ
ウム系の外径4ミリメートル厚み1ミリメートルのもの
を用い,片面に電極を焼付けし、他の面はヤスリ320
番での研磨仕上げとしている。導電ゴムは厚さ0.4ミ
リメートル外形4ミリメートルである。スペーサはユー
ピレックス75マイクロメートルを用い,外径4ミリ,
内径2.4ミリメートルのドーナツ状である。導電ゴム
は導電粒子として炭素粒子を多数混在させて形成した合
成ゴムのことであり,その表面はある程度の粗さをもつ
ため,それに接する(対向する)誘電体の端面を鏡面仕
上げではなくヤスリ320番での研磨仕上げとすること
により接触後の剥離性を向上している。導電ゴムを使用
することにより,可撓性が良くなり,容量の変化を軽い
タッチのものにしている。
ハードタイプペンもソフトタイプペンも芯ホルダ,スイ
ッチケース下,スイッチケース上,二つの電極の端子で
あるピンなどの部品は共通であって,部品点数が多く,
組み立て工数も多くかかり,コスト高を招いていた。ま
た,電子ペン筐体の外径も制限を受けるため,従来のも
のでは,細いペン(例えば外径6.5ミリメートル)に
用いることができなかった。
スイッチケース下,という上下のプラスチック部品をな
くすことができたら,部品点数の問題も,組み立て工数
の問題もクリアでき,しかも電子ペン筐体の細いものに
も用いることができると考えた。そして,さらに,二つ
の電極に接続されるピンをも省くことができないだろう
かと考えた。そして,試行錯誤して日夜研鑚した結果,
ついに一つの考えがひらめいた。本発明の目的は,より
部品点数の少ない可変容量コンデンサを提供することに
ある。
く,本発明に係る可変容量コンデンサは,二つの端面を
有する誘電体と、該誘電体の一端面に配置された二つの
電極板と、前記誘電体の他の端面に配置された可撓性を
有する可撓電極板と、該可撓電極板と前記誘電体との間
に存する相対的な圧力又は変位を変化させる押圧部材と
を有する。
せた材料からなるのが望ましい。
ともでき,その場合には, 前記押圧部材と前記可撓電極
板との間にさらに弾力性を持つ材料からなる部材を設け
るのが好ましい。
両者をわずかに引き離す離隔部材を備えるのが望まし
い。
量コンデンサを回路素子の一部とする同調回路を備え
る。
を持ち,前記押圧部材がペン先にかかる押圧力を前記可
変容量コンデンサに伝えるような配置が好ましい。
形状を持ち,前記押圧部材がペン先と反対側の部分にか
かる押圧力を前記可変容量コンデンサに伝えるように配
置されることもできる。
離隔幅だけ離して設けて,当該離隔幅の大きさを基板の
厚さとする両面回路基板を,該両面回路基板の端の面が
前記離隔幅の部分において前記誘電体の端面に当接する
ようにして,前記二つの電極板に対して垂直に立てて設
けて,該両面回路基板の前記二つの電極板に接する部分
にプリント回路の導体部分を設けて,該胴体部分と前記
二つの電極のそれぞれとをはんだづけすることができ
る。
施形態について説明する。図1は,誘電体とその一端面
に設けた二つの電極と,他の端面側に設けた導電ゴムと
で可変容量コンデンサを構成した実施形態を示す図であ
る。この実施形態には,従来のようなスイッチケース上,
スイッチケース下という部品が不要であり,誘電体11
8は,直接電子ペン筐体101の内径程度の大きさであ
ることが可能である。したがって,誘電体118の外径
が従来の4ミリメートルだとすると,電子ペン筐体10
1の内径が4ミリメートルよりもわずかに大きい程度で
足りるので,電子ペン筐体101の外径が6,5ミリメ
ートル程度のものも設計可能である。
き心地をもたらす部材であるとともに,ペン先の押圧力
を可変容量コンデンサに伝える役目を果たす部材であ
る。この実施形態では,芯102はコイル103と一体
となって導電ゴム117に押圧力を伝達することとし
た。したがって,コイル103を構成するフェライトコ
アの外径の太さで導電ゴム117を押すこととなる。フ
ェライトコアは,L6材,外径4.0ミリメートル,内
径2.0ミリメートル,長さ17.5センチメートルと
した。フェライトコアに巻いた線材はリッツ線2−UL
AP7/0.07であり,平密着巻き1層目が38ター
ン,2層目が35ターンである。電気特性はインダクタ
ンスL=100マイクロヘンリ,Q=200(周波数5
00キロヘルツ)である。
トル,外径4.0ミリメートルのものを用いる。誘電体
118は,チタン酸ストロンチウム系のものを用いた。
誘電体118の外径は4.0ミリメートル,厚さは1ミ
リメートルである。誘電体118の導電ゴムに接する側
はヤスリ320番で研磨した。誘電体118のもう一つ
の端面には,半月形状の電極119及び電極120を焼
付けにより設ける。電極119と電極120とは図1に
示すように,それぞれの直線部分が平行になるように
し,一定の離隔幅を離して設ける。その離隔幅の大きさ
は回路基板114の厚さに合わせたものである。
んだ付けにより電気的にも機械的にもくっつけられる。
回路基板114は図1に示すように,ペンの長手方向に
長さを持つおよそ長方形の形状をしている。その長方形
の短辺のうち,ペン先に近いほうの短辺が誘電体118
の上述した離隔幅の部分に当接する。そして回路基板1
14はいわゆる両面基板であり,その表側と裏側との双
方に回路の一部である導体部分を有している。その胴体
部分と,電極119及び電極120はそれぞれはんだ付
けによりつけられる。
は,回路基板と誘電体上の電極とがはんだ付けされるよ
うすを二つの電極の離隔幅の延びる方向の延長線上から
見た断面図である。図6では,回路基板14,はんだ2
5,26,電極19,20,誘電体18はそれぞれ断面
を示している。回路基板14は上に述べたように誘電体
の端面のうちの電極を二つ設けた面に対して垂直に立て
られた状態ではんだ付けされる。このはんだ付けによ
り,従来のピンも,スイッチケース上,スイッチケース
下も不要になった。
れと電子ペン筐体101との関係について説明する。回
路基板114にはコンデンサ113,コイル103及び
本発明に係る可変容量コンデンサとが共振回路を構成す
るようにプリント基板回路が構成されている。そして,
回路基板114の短辺のうちペン先から遠いほうの辺は
電子ペン筐体101の内部構造の一部により押さえられ
て,固定される。したがって,芯102に押圧力が加わ
るとき,導電ゴム117が誘電体118側に押される。
電極119と導電ゴム117との間に一つのコンデンサ
を構成し,電極120と導電ゴム117との間にもう一
つのコンデンサを構成し,それらの合成容量が電極11
9と電極120との間に得られると考えられる。導電ゴ
ム117と誘電体118との接触面積が大きくなること
により,その間の空気が誘電体として寄与する度合いが
小さくなり,可変容量コンデンサの合成容量がわずかに
変化し,それにより共振回路の共振周波数が変化する。
その変化を座標検出装置が検出する。ということにな
る。図9に,本発明に係る位置指示器の筆圧レベル−荷
重特性を示すグラフをしめしている。図10及び図11
と比べれば,従来のハードタイプペンよりもやや柔らか
目のタッチの電子ペンが得られたことがわかる。このよ
うにして,部品点数の少ない可変容量コンデンサおよび
それを利用した位置指示器を構成できた。
とシリコンゴムとの組み合わせを用いた実施例を示す図
である。蒸着フィルムはユーピレックス75マイクロメ
ートルにニッケルクロムを1000オングストローム蒸
着したものを用いることができる。また,シリコンゴム
は厚さ0.4ミリメートル,外径4.0ミリメートルの
ものを用いる。その他の点は図1に示す実施形態と同様
である。
加した実施例を示す図である。コイルのインダクタンス
や,コンデンサの容量などの選び方によっては,スペー
サを入れることとする実施例が適当な場合も考えられ
る。また,誘電体のペン先に近い側の端面の仕上げ方を
どの程度の粗さにするかにもよるものと考えられる。
した実施例を示す図である。
ルの後ろ側ではなく芯の後ろ側とした実施例を示した図
である。芯が円筒状のフェライトコアの中空部分を自由
に摺り動くことができるようにし,芯の後ろ側を図5の
ようにややふとくすることによりこの実施例が可能とな
る。
ので,部品点数が少なくしかも細い電子ペンを設計可能
な可変容量コンデンサを提供することが出きた。
の端面側に設けた導電ゴムとで可変容量コンデンサを構
成した実施形態を示す図である。
ムとの組み合わせを用いた実施例を示す図である。
示す図である。
す図である。
なく芯の後ろ側とした実施例を示す図である。
るようすを二つの電極の離隔幅の延びる方向の延長線上
から見た断面図である。
ある。
ある。
性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 二つの端面を有する誘電体と、 該誘電体の一端面に配置された二つの電極板と、 前記誘電体の他の端面に配置された可撓性を有する可撓
電極板と、 該可撓電極板と前記誘電体との間に存する相対的な圧力
又は変位を変化させる押圧部材とを有する可変容量コン
デンサ。 - 【請求項2】 請求項1記載の可変容量コンデンサにお
いて,前記可撓電極板が導電粒子を多数混在させた材料
からなることを特徴とする可変容量コンデンサ。 - 【請求項3】 請求項1記載の可変容量コンデンサにお
いて,前記可撓電極板が蒸着フィルムからなることを特
徴とする可変容量コンデンサ。 - 【請求項4】 請求項3記載の可変容量コンデンサにお
いて,前記押圧部材と前記可撓電極板との間にさらに弾
力性を持つ材料からなる部材を設けたことを特徴とする
可変容量コンデンサ。 - 【請求項5】 請求項1,2,3又は4のいずれかに記
載の可変容量コンデンサにおいて,前記可撓電極板と前
記誘電体との間に両者をわずかに引き離す離隔部材を備
えたことを特徴とする可変容量コンデンサ。 - 【請求項6】 請求項1,2,3,4又は5のいずれか
に記載の可変容量コンデンサを回路素子の一部とする同
調回路を備えたことを特徴とする位置指示器。 - 【請求項7】 請求項6記載の位置指示器であって,該
位置指示器筐体が筆記具に似た形状を持ち,前記押圧部
材がペン先にかかる押圧力を前記可変容量コンデンサに
伝えるように配置されたことを特徴とする位置指示器。 - 【請求項8】 請求項6記載の位置指示器であって,該
位置指示器筐体が筆記具に似た形状を持ち,前記押圧部
材がペン先と反対側の部分にかかる押圧力を前記可変容
量コンデンサに伝えるように配置されたことを特徴とす
る位置指示器。 - 【請求項9】 請求項6記載の位置指示器であって,該
位置指示器筐体が筆記具に似た形状を持ち,前記押圧部
材が位置指示器の長手方向に対して直交する方向にかか
る押圧力を前記可変容量コンデンサに伝えるように配置
されたことを特徴とする位置指示器。 - 【請求項10】 請求項6,7,8又は9のいずれかに
記載の位置指示器において,前記二つの電極板を一定の
離隔幅だけ離して設けて,当該離隔幅の大きさを基板の
厚さとする両面回路基板を,該両面回路基板の端の面が
前記離隔幅の部分において前記誘電体の端面に当接する
ようにして,前記二つの電極板に対して垂直に立てて設
けて,該両面回路基板の前記二つの電極板に接する部分
にプリント回路の導体部分を設けて,該胴体部分と前記
二つの電極のそれぞれとをはんだづけすることを特徴と
する位置指示器。
Priority Applications (5)
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